JP6345993B2 - 座標検出装置 - Google Patents

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Description

本実施形態は、座標検出装置に関する。
近年のコンピュータや携帯電話端末、PDA(Personal Digital Assistant)などの電子機器は、指で接触することによって、電子機器を操作するための入力装置を備えるものが主流になっている。こうした入力装置として、抵抗膜式のタッチパネル(タッチセンサ)や、静電容量式のタッチパネルが知られている。このような抵抗膜式タッチパネルの操作感を改善したタッチパネルも開示されている。
従来から薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)方式の液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)を駆動する液晶駆動モジュールとして、プリント基板上に、ソースドライバ回路、タイミングコントローラ、電源回路、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)ドライバ回路等の半導体集積回路を個別に搭載する構成が用いられている。
特開2009−48233号公報 特開2014−13441号公報 特開2011−123362号公報 特開2009−109884号公報 特開2009−109881号公報
TFT−LCDにおいて、LCDカバーガラスへの接触で増減するTFT用ゲート・ソース間結合容量変化を検出することで、LCDの接触箇所の座標検出を可能とした座標検出装置を提供する。
実施の形態の一態様によれば、複数のゲートラインと、前記複数のゲートラインに直交する複数のソースラインと、前記複数のゲートラインと前記複数のソースラインとの交差部に配置され、ソースが前記ソースラインに接続され、ゲートが前記ゲートラインに接続された薄膜トランジスタセルとを有するタッチパネル兼用液晶表示パネルと、前記複数のソースラインを駆動するソースドライバと、前記複数のゲートラインを駆動するゲートドライバと、前記ソースドライバに接続され、前記タッチパネル兼用液晶表示パネルへの接触による前記薄膜トランジスタセルのゲート・ソース間結合容量変化を前記ゲートドライバによる前記ゲートラインの駆動の立上り時に検出する座標検出器と、前記座標検出器に接続され、前記ソースドライバおよび前記ゲートドライバのタイミング制御を行うコントローラとを備える座標検出装置が提供される。また、別の態様によれば、複数のゲートラインと、前記複数のゲートラインに直交する複数のソースラインと、前記複数のゲートラインと前記複数のソースラインとの交差部に配置され、ソースが前記ソースラインに接続され、ゲートが前記ゲートラインに接続された薄膜トランジスタセルとを有するタッチパネル兼用液晶表示パネルと、前記複数のソースラインを駆動するソースドライバと、前記複数のゲートラインを駆動するゲートドライバと、前記ソースドライバに接続され、前記タッチパネル兼用液晶表示パネルへの接触による前記薄膜トランジスタセルのゲート・ソース間結合容量変化を前記ゲートドライバによる前記ゲートラインの駆動の立下り時に検出する座標検出器と、前記座標検出器に接続され、前記ソースドライバおよび前記ゲートドライバのタイミング制御を行うコントローラとを備えることを特徴とする座標検出装置が提供される。
TFT−LCDにおいて、LCDカバーガラスへの接触で増減するTFT用ゲート・ソース間結合容量変化を検出することで、LCDの接触箇所の座標検出を可能とした座標検出装置を提供することができる。
実施の形態に係る座標検出装置の模式的平面パターン構成図。 実施の形態に係る座標検出装置に適用可能なソースドライバおよび座標検出器の模式的回路ブロック構成図。 実施の形態に係る座標検出装置に適用可能なタッチパネル兼用LCDパネルの模式的回路ブロック構成図。 実施の形態に係る座標検出装置に適用可能なTFTセルの模式的平面パターン構成図。 実施の形態に係る座標検出装置に適用可能なTFTセルの模式的鳥瞰構造図。 実施の形態に係る座標検出装置に適用可能なタッチパネル兼用LCDパネルのTFTセル電位の模式的説明図。 実施の形態に係る座標検出装置に適用可能なゲートドライバの模式的回路ブロック構成図。 実施の形態に係る座標検出装置に適用可能なゲートドライバからゲートラインに供給されるゲートライン駆動電圧の模式的タイミングチャートであって、(a)ゲートライン駆動電圧VGW1の波形例、(b)ゲートライン駆動電圧VGW2の波形例、(c)ゲートライン駆動電圧VGW3の波形例、(d)ゲートライン駆動電圧VGWmの波形例。 実施の形態に係る座標検出装置の動作説明であって、2×2TFTセル(C11、C12、C21、C22)近傍における模式的回路ブロック構成図。 図9に示された座標検出装置の比較例の動作説明であって、(a)ハイサイドアンプHAMPの出力電圧VHAMPの動作波形図、(b)ローサイドアンプLAMPの出力電圧VLAMPの動作波形図。 図9に示された座標検出装置の比較例の動作説明であって、(a)ソースライン駆動電圧VSW1の動作波形図、(b)ソースライン駆動電圧VSW2の動作波形図、(c)ゲートライン駆動電圧VGW1の動作波形図、(d)ゲートライン駆動電圧VGW2の動作波形図。 図9に示された座標検出装置の実施例の動作説明であって、(a)ゲートライン駆動電圧VGW1の動作波形図、(b)ゲートライン駆動電圧VGW2の動作波形図、(c)ハイサイドアンプHAMPの出力電圧VHAMPの動作波形図、(d)ローサイドアンプLAMPの出力電圧VLAMPの動作波形図、(e)位置情報出力電圧VPDの動作波形図。 実施の形態に係る座標検出装置において、共通電極の共通電位VCOMのγ諧調特性例。
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
又、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
(比較例)
通常のLCDモジュールで座標検出する場合、以下の2方式が一般的である。すなわち、カバーガラス上にセンサ基板を貼り合わせるオンセル方式と、TFT上にセンサ電極を配置した内蔵型のインセル方式がある。カバーガラス上にセンサ基板を貼り合わせるオンセル方式においては、重量が相対的に大きく、また輝度が低下する。一方、TFT上にセンサ電極を配置した内蔵型のインセル方式においては、ガラス配線が難しく、歩留まりが低下する。
したがって、いずれの方式においても専用のタッチコントローラICが必要であり、また、ガラス・IC双方のコストアップを経て座標検出が行われている。
[実施の形態]
実施の形態に係る座標検出装置1の模式的平面パターン構成は、図1に示すように表される。また、実施の形態に係る座標検出装置1に適用可能なソースドライバ10および座標検出器30の模式的回路ブロック構成は、図2に示すように表され、実施の形態に係る座標検出装置1に適用可能なタッチパネル兼用LCDパネル100およびゲートドライバ20の模式的回路ブロック構成は、図3に示すように表される。
実施の形態に係る座標検出装置1は、図1〜図3に示すように、複数のゲートラインGW1・GW2・…・GWmと、複数のゲートラインGW1・GW2・…・GWmに直交する複数のソースラインSW1・SW2・…・SWnと、複数のゲートラインGW1・GW2・…・GWmと複数のソースラインSW1・SW2・…・SWnとの交差部に配置され、ソースがソースラインSW1・SW2・…・SWnに接続され、ゲートがゲートラインGW1・GW2・…・GWmに接続されたTFTセルC11・C12・…・C1m・C21・C22・…・C2m・…・Cn1・Cn2・…・Cnmとを有するタッチパネル兼用液晶表示パネル100と、複数のソースラインSW1・SW2・…・SWnを駆動するソースドライバ10と、複数のゲートラインGW1・GW2・…・GWmを駆動するゲートドライバ20と、ソースドライバ10に接続され、タッチパネル兼用液晶表示パネル100への接触によるTFTセルC11・C12・…・C1m・C21・C22・…・C2m・…・Cn1・Cn2・…・Cnmのゲート・ソース間結合容量変化を検出する座標検出器30と、座標検出器30に接続され、ソースドライバ10およびゲートドライバ20のタイミング制御を行うコントローラ40とを備える。
座標検出器30は、ソースドライバ10から位置情報出力電圧VPDを受信し、コントローラ40に対して位置情報データPDを供給する。
コントローラ40は、座標検出器30において検出された位置情報データPDを受信し、出力端子において、出力データDoutを出力する。また、コントローラ40は、ソース駆動信号SDをソースドライバ10に供給し、ゲート駆動信号GDをゲートドライバ20に供給する。また、コントローラ40は、タッチパネル兼用液晶表示パネル100の共通電極50の共通電位VCOMを供給する。
ソースドライバ10は、複数のソースラインSW1・SW2・…・SWnに接続される複数のハイサイドスイッチST7と、複数のソースラインSW1・SW2・…・SWnに接続される複数のローサイドスイッチST8と、複数のソースラインSW1・SW2・…・SWnに複数のハイサイドスイッチST7を介して接続される複数のハイサイドアンプ(HAMP)141・143・…と、複数のソースラインSW1・SW2・…・SWnに複数のローサイドスイッチST8を介して接続される複数のローサイドアンプ(LAMP)151・153・…とを備える。
また、ソースドライバ10は、複数のハイサイドスイッチST7とタッチパネル兼用液晶表示パネル100との間に配置され、複数のHAMP141・143・…を奇数番のソースラインSW1・SW3・…に接続するための第1ハイレベル切替スイッチST2を備える。
また、ソースドライバ10は、複数のハイサイドスイッチST7とタッチパネル兼用液晶表示パネル100との間に配置され、複数のHAMP141・143・…を偶数番のソースラインSW2・SW4・…に接続するための第2ハイレベル切替スイッチST5を備える。
また、ソースドライバ10は、複数のローサイドスイッチST8とタッチパネル兼用液晶表示パネル100との間に配置され、複数のLAMP152・154・…を奇数番のソースラインSW1・SW3・…に接続するための第1ローレベル切替スイッチST3を備える。
また、ソースドライバ10は、複数のローサイドスイッチST8とタッチパネル兼用液晶表示パネル100との間に配置され、複数のLAMP152・154・…偶数番のソースラインSW2・SW4・…に接続するための第2ローレベル切替スイッチST6を備える。
また、ソースドライバ10は、コントローラ40から供給されるデジタル信号のソース駆動信号SDを受信し、アナログ信号に変換して複数のHAMP141・143・…および複数のLAMP151・153・…に供給するデジタル/アナログコンバータDAC1(121)・DAC2(122)・DAC3(123)・DAC4(124)・…を備える。
また、ソースドライバ10は、複数のソースラインSW1・SW2・…・SWnにソースライン駆動電圧VSW1・VSW2・…・VSWnを供給する。ここで、ソースライン駆動電圧VSW1・VSW2・…・VSWnには、HAMP141・143・…の出力電圧VHAMP若しくはLAMP152・154・…の出力電圧VLAMPに対応する電圧が供給される。
ゲートドライバ20は、複数のゲートラインGW1・GW2・…・GWmにゲート駆動電圧VGW1・VGW2・VGW3・…・VGWmを供給する。
ゲートドライバ20は、例えば、約−10V〜約+20Vの範囲の矩形波を出力し、一方、ソースドライバ10は、例えば、約0V〜約10Vの範囲で、例えば、6〜8ビット階調の出力を供給可能である。
座標検出器30は、複数のソースラインSW1・SW2・…・SWnに接続される積分器34と、積分器34に接続されるAD変換器32とを備える。
座標検出器30は、タッチパネル兼用液晶表示パネル100のLCDカバーガラス基板70への接触で増減するTFTセルC11・C12・…・C1m・C21・C22・…・C2m・…・Cn1・Cn2・…・Cnmのゲート・ソース間結合容量変化を検出することで、タッチパネル兼用液晶表示パネル100のLCDの接触箇所の座標検出を可能としている。
積分器34は、複数のソースラインSW1・SW2・…・SWnと検出用スイッチST1・ST4を介して共通接続されるセンスラインLPDに接続され、センスラインLPD上の位置情報出力電圧VPDを受信し、AD変換器32を介して、コントローラ40に対して出力信号(位置情報データ)PDを供給する。
複数のソースラインSW1・SW2・…・SWnからの全ソース出力と検出用スイッチ(アナログスイッチ)ST1・ST4を介しての接続スイッチの開閉は、ロジック回路で制御可能である。このロジック回路は、コントローラ40に内蔵されていても良い。
積分器34への入力は、検出用スイッチST1・ST4の組み合わせによって、1画素の信号であっても良く、複数の画素の信号であっても良く、画素容量の差分信号(積分器へはこの場合2入力となる)であっても良い。
座標検出器30は、1個に限定されない。複数の座標検出器30を並列化配置することによって、検出速度を向上することができる。
積分器34の構成はさまざまな構成が可能であるため、積分器として総称する。
AD変換器32の出力信号(位置情報データ)PDは、座標データを表すデジタル信号である。外部へ座標情報を伝送する際は、シリアルインタフェースを介して通信可能である。ここで、シリアルインタフェースを介する通信方式としては、I2C(アイ・スクエア・シー、アイ・ツー・シー:Inter-Integrated Circuit)、SPI(シリアル・ペリフェラル・インタフェース:Serial Peripheral Interface)などの通信方式を採用することができる。コントローラ40は、例えば、タイミングコントローラ、タッチコントローラ、セット本体のコントローラ、VCOMドライバなどを備えていても良い。
(TFTセル)
実施の形態に係る座標検出装置1に適用可能なTFTセルC4mの模式的平面パターン構成は、図4に示すように表される。
実施の形態に係る座標検出装置1に適用可能なTFTセルC4mは、ゲートラインGWmとソースラインSW4との交差部に配置され、ソースSがソースラインSW4に接続され、ゲートGがゲートラインGWmに接続され、ドレインDがTFTセルC4mに接続されたTFTを備える。TFTセルC4mは画素領域を表し、共通電位VCOMに接続される。
座標検出器30は、タッチパネル兼用液晶表示パネル100のLCDカバーガラス基板70への接触で増減するTFTセルC4mのゲート・ソース間結合容量の変化を検出することで、タッチパネル兼用液晶表示パネル100の接触箇所の座標検出を可能としている。ここで、TFTセルC4mのゲート・ソース間結合容量は、ゲートラインGWm・ソースラインSW4間の重なり部分の結合容量CCおよびTFTのゲート・ソース間容量CGSの和(CC+CGS)で表される。
また、実施の形態に係る座標検出装置1に適用可能なTFTセルCij近傍の模式的鳥瞰構造は、図5に示すように表される。
実施の形態に係る座標検出装置1に適用可能なタッチパネル兼用液晶表示パネル100は、図5に示すように、下面ガラス基板60と、下面ガラス基板60に対向して配置された共通電極50および共通電極50上に配置された上面ガラス基板(LCDカバーガラス基板)70とを備える。
さらに、実施の形態に係る座標検出装置1に適用可能なタッチパネル兼用液晶表示パネル100は、図5に示すように、下面ガラス基板60上に配置されたゲートラインGWiおよびソースラインSWjと、ゲートラインGWiとソースラインSWjとの交差部に配置され、ソースSがソースラインSWjに接続され、ゲートGがゲートラインGWiに接続され、ドレインDがTFTセルCijに接続されたTFTとを備える。TFTセルCijは画素領域を表し、共通電極50の共通電位VCOMに接続される。隣接するTFTセルも同様に構成される。
座標検出器30は、タッチパネル兼用液晶表示パネル100のLCDカバーガラス基板70への指若しくはスタイラス80の接触で増減するTFTセルCijのゲート・ソース間結合容量(CC+CGS)の変化を検出することで、タッチパネル兼用液晶表示パネル100全面の接触箇所の座標検出を可能としている。ここで、指若しくはスタイラス80のサイズに比べて、TFTセルのサイズが小さい場合には、接触で増減するTFTセルのゲート・ソース間結合容量変化の検出は、隣接する複数のTFTセルで積分された情報として接触箇所の座標検出を可能である。
ここで、実施の形態に係る座標検出装置1に適用可能なタッチパネル兼用LCDパネル100のTFTセル電位の模式的説明図は、図6に示すように表される。
例えば、ゲートラインGW1と複数のソースラインSW1・SW2・SW3との交差部に配置されるTFTセルのゲート・ソース間結合容量の電位変化をVi・Vi・Vi-1で表し、ゲートラインGW2と複数のソースラインSW1・SW2・SW3との交差部に配置されるTFTセルのゲート・ソース間結合容量の電位変化をVi+1・Vi+1・Viで表し、ゲートラインGW3と複数のソースラインSW1・SW2・SW3との交差部に配置されるTFTセルのゲート・ソース間結合容量の電位変化をVi・Vi-1・Vi+1で表し、ゲートラインGW4と複数のソースラインSW1・SW2・SW3との交差部に配置されるTFTセルのゲート・ソース間結合容量の電位変化をVi-1・Vi-2・Vi+1で表している。
座標検出器30は、タッチパネル兼用液晶表示パネル100のLCDカバーガラス基板70の指もしくはスタイラス80の接触で増減するTFTセルのゲート・ソース間結合容量の変化を検出することで、LCD全面の接触箇所の座標検出を可能である。
実施の形態においては、ソースドライバ10、ゲートドライバ20、コントローラ40(タイミングコントローラおよびVCOMドライバを供給するIC)を備えたTFT−LCDにおいて、LCDカバーガラス基板70への接触で増減するTFTセルのゲート・ソース間結合容量を検出することで、LCD全面の接触箇所の座標検出を可能とした座標検出装置を提供することができる。
実施の形態に係る座標検出装置1によれば、タッチセンサ電極のセンサ類およびタッチコントローラICを不要にしたLCDパネルにて座標検出を実現することができる。
タッチ用センサ配線には、TFTセルで使用されているゲート用ガラス配線・ソース用ガラス配線を利用することができる。
高精細(HD:high definition)解像度を例に取れば、TFT−LCDにおいては、ゲートライン:768本、ソースライン:1366×3=4098本のガラス配線が存在し、それぞれの配線が直交する領域には、容量結合が存在する。
ゲートドライバ20は、このゲートライン用ガラス配線に例えば、約+20V〜約−10Vの範囲で変化する駆動パルスを供給する。
ソースドライバ10には、座標検出器30が接続されている。座標検出器30は、容量検出回路(積分器34・AD変換器32)を内蔵することができる。
ゲートドライバ20・ソースドライバ10は、コントローラ40によってタイミングを制御される。実施の形態に係る座標検出装置によれば、容量検出回路(積分器34・AD変換器32)において検出された容量のタイミングから、座標検出を実現可能である。
実施の形態に係る座標検出装置によれば、タッチモジュール・コントローラLSIが不要となり、モジュールコストを抑えることができる。
また、実施の形態に係る座標検出装置によれば、TFT配線を活用することによって、電極配線の本数を1000本以上とすることができるため、座標検出の最小領域が大幅に縮小可能となり、検出感度を向上することができる。
(ゲートドライバ)
実施の形態に係る座標検出装置1に適用可能なゲートドライバ20の模式的回路ブロック構成は、図7に示すように表される。
実施の形態に係る座標検出装置1に適用可能なゲートドライバ20は、複数のゲートラインGW1・GW2・GW3・…・GWmにそれぞれゲートライン駆動電圧VGW1・VGW2・…・VGWnを供給可能なゲートラインドライバ221・222・223・…・22mを備える。ゲートラインドライバ221・222・223・…・22mには、コントローラ40からゲート駆動信号GDが供給される。
ゲートドライバ20からゲートラインGW1・GW2・GW3・…・GWmに供給されるゲートライン駆動電圧VGW1・VGW2・…・VGWm模式的タイミングチャートは、図8に示すように表わされる。ゲートドライバ20は、例えば、約−10V〜約+20Vの範囲の矩形波を出力する。図8(a)において、ゲートライン駆動電圧VGW1の波高値VGHは、例えば、30Vである。ゲートライン駆動電圧VGW1は、時刻tg1・tg2間に発生され、ゲートライン駆動電圧VGW2は、時刻tg2・tg3間に発生され、ゲートライン駆動電圧VGW3は、時刻tg3・tg4間に発生され、ゲートライン駆動電圧VGWmは、それぞれ時刻tgm・tgm+1間に発生される。
ゲートドライバ20はシフトレジスタとして構成可能であり、シングルパルスのゲートライン駆動電圧VGW1・VGW2・…・VGWmが順次生成されて、それぞれゲートラインGW1・GW2・GW3・…・GWmに供給される。
(動作説明)
実施の形態に係る座標検出装置の動作説明であって、2×2TFTセル(C11、C12、C21、C22)近傍における模式的回路ブロック構成は、図9に示すように表される。また、図9に示された座標検出装置の比較例の動作説明であって、ハイサイドアンプHAMP141の出力電圧VHAMPの動作波形は、図10(a)に示すように表され、ローサイドアンプLAMP152の出力電圧VLAMPの動作波形は、図10(b)に示すように表される。さらに、図9に示された座標検出装置の比較例の動作説明であって、ソースライン駆動電圧VSW1の動作波形は、図11(a)に示すように表され、ソースライン駆動電圧VSW2の動作波形は、図11(b)に示すように表され、ゲートライン駆動電圧VGW1の動作波形は、図11(c)に示すように表され、ゲートライン駆動電圧VGW2の動作波形は、図11(d)に示すように表される。
(a)まず、時刻t1・t5間の第1ソースドライブ期間TSD1においては、ハイレベル切替スイッチST2・ST5はオン状態、ローレベル切替スイッチST3・ST6はオフ状態、ハイサイドスイッチST7・ローサイドスイッチST8はオン状態にある。このため、時刻t1・t5間において、HAMP141の出力電圧VHAMPは、例えば、約5Vから約10Vまで上昇し、LAMP152の出力電圧VLAMPは、例えば、約5Vから約0Vまで下降する。これに対応して、時刻t1・t5間において、ソースライン駆動電圧VSW1の動作波形は、例えば、約5Vから約10Vまで上昇し、ソースライン駆動電圧VSW2の動作波形は、例えば、約5Vから約0Vまで下降する。時刻t1・t5間の時刻t21・t41間において、ゲートライン駆動電圧VGW1はハイレベルとなる。時刻t41に対応するゲートライン駆動電圧VGW1のエッジ電位EG1において、ソースライン駆動電圧VSW1はハイレベル電位HS1、ソースライン駆動電圧VSW2は、ローレベル電位BS2となり、ソース出力の安定化を待って、LCD画素電極に映像信号が取り込まれる。
(b)次に、時刻t5・t6間のチャージシェア期間TCSにおいては、ハイサイドスイッチST7・ローサイドスイッチST8は共にオフ状態にあり、ハイレベル切替スイッチST2・ST5・ローレベル切替スイッチST3・ST6はすべてオン状態にある。時刻t5・t6間のチャージシェア期間TCSにおいては、HiZで表記された部分に対応する。ここで、HiZの意味はハイインピーダンスを意味しておりHAMP・LAMPがオン中の低インピーダンスに対して、HAMP・LAMP出力が絶たれた高インピーダンス状態にある。この区間はチャージシェアを実行しており、これはHAMP・LAMP出力をHiZで切り離した状態でハイレベル切替スイッチST2・ST5・ローレベル切替スイッチST3・ST6をオンさせることで、選択した画素C11、C21を短絡することができ、両画素C11、C21にたまった電荷を平均化することができる。この例の場合、チャージシェア直前の各々の電圧は、約10Vと約0Vであるため、この約10V・約0Vに対応する電荷についてチャージシェア期間TCSでショートすることで各々が半分の約5Vとなる。これにより、次回のドライブで約10Vから約0Vに変化するところを約10Vから約5V、約5Vから約0Vに変化させることができ、ドライブ振幅を半減できる。このため、ソースドライバの動作の省電力化を図ることができる。
(c)次に、時刻t6・t10間の第2ソースドライブ期間TSD2においては、ハイレベル切替スイッチST2・ST5はオフ状態、ローレベル切替スイッチST3・ST6はオン状態、ハイサイドスイッチST7・ローサイドスイッチST8はオン状態にある。このため、時刻t6・t10間において、HAMP141の出力電圧VHAMPは、例えば、約5Vから約9Vまで上昇し、LAMP152の出力電圧VLAMPは、例えば、約5Vから約1Vまで下降する。これに対応して、時刻t6・t10間において、ソースライン駆動電圧VSW1の動作波形は、例えば、約5Vから約1Vまで下降し、ソースライン駆動電圧VSW2の動作波形は、例えば、約5Vから約9Vまで上昇する。この電圧値は、映像信号に依存している。時刻t6・t10間の時刻t71・t91間において、ゲートライン駆動電圧VGW2はハイレベルとなる。時刻t91に対応するゲートライン駆動電圧VGW1のエッジ電位EG2において、ソースライン駆動電圧VSW1はローレベル電位BS1、ソースライン駆動電圧VSW2は、ハイレベル電位HS2となり、ソース出力の安定化を待って、LCD画素電極に映像信号が取り込まれる。
(d)次に、時刻t10・t11間のチャージシェア期間TCSにおいては、ハイサイドスイッチST7・ローサイドスイッチST8は共にオフ状態にあり、ハイレベル切替スイッチST2・ST5・ローレベル切替スイッチST3・ST6はすべてオン状態にある。時刻t5・t6間のチャージシェア期間TCSにおいては、チャージシェアを実行しており、HAMP・LAMP出力をHiZで切り離した状態でハイレベル切替スイッチST2・ST5・ローレベル切替スイッチST3・ST6をオンさせることで、選択した画素C12、C22を短絡することができ、両画素C12、C22にたまった電荷を平均化することができる。この例の場合、チャージシェア直前の各々の電圧は、約9Vと約1Vであるため、この約9V・約1Vに対応する電荷についてチャージシェア期間TCSでショートすることで各々が半分の約5Vとなり、ドライブ振幅を半減できる。このため、ソースドライバの動作の省電力化を図ることができる。
(e)以下同様に、第3ソースドライブ期間TSD3においては、ハイレベル切替スイッチST2・ST5はオフ状態、ローレベル切替スイッチST3・ST6はオン状態、ハイサイドスイッチST7・ローサイドスイッチST8はオン状態にある。このため、第3ソースドライブ期間TSD3において、HAMP141の出力電圧VHAMPは、例えば、約5Vから約8Vまで上昇し、LAMP152の出力電圧VLAMPは、例えば、約5Vから約2Vまで下降する。
図9に示された座標検出装置の実施例の動作説明であって、ゲートライン駆動電圧VGW1の動作波形は、図12(a)に示すように表され、ゲートライン駆動電圧VGW2の動作波形は、図12(b)に示すように表され、ハイサイドアンプHAMPの出力電圧VHAMPの動作波形は、図12(c)に示すように表され、ローサイドアンプLAMPの出力電圧VLAMPの動作波形は、図12(d)に示すように表され、位置情報出力電圧VPDの動作波形は、図12(e)に示すように表される。
図12(e)において、時刻t1・t2間および時刻t3・t4間は、第1ソースドライブ期間TSD11・TSD12に対応し、時刻t5・t6間は、チャージシェア期間TCSに対応し、時刻t6・t7間および時刻t8・t9間は、第2ソースドライブ期間TSD1・TSD22に対応し、時刻t10・t11間は、チャージシェア期間TCSに対応し、時刻t11〜は、第3ソースドライブ期間TSD3に対応している。
ここで、時刻t2・t3間は、ゲートライン駆動電圧VGW1の立上り動作における位置情報検出期間TPD11に対応し、時刻t4・t5間は、ゲートライン駆動電圧VGW1の立下り動作における位置情報検出期間TPD12に対応する。
同様に、時刻t7・t8間は、ゲートライン駆動電圧VGW2の立上り動作における位置情報検出期間TPD21に対応し、時刻t9・t11間は、ゲートライン駆動電圧VGW2の立下り動作における位置情報検出期間TPD22に対応する。
(a)まず、時刻t1・t2間および時刻t3・t4間の第1ソースドライブ期間TSD11・TSD12間においては、検出用スイッチST1・ST4はオフ状態、ハイレベル切替スイッチST2・ST5はオン状態、ローレベル切替スイッチST3・ST6はオフ状態、ハイサイドスイッチST7・ローサイドスイッチST8はオン状態にある。このため、時刻t1・t5間において、HAMP141の出力電圧VHAMPは、例えば、VMからVH1まで上昇し、LAMP152の出力電圧VLAMPは、例えば、VMからVL1まで下降する。これに対応して、時刻t1・t5間において、ソースライン駆動電圧VSW1の動作波形は、VMからVH1まで上昇し、ソースライン駆動電圧VSW2の動作波形は、VMからVL1まで下降する。時刻t1・t5間の時刻t21・t41間において、ゲートライン駆動電圧VGW1はハイレベルとなる。
時刻t2・t3間においては、ゲートライン駆動電圧VGW1の立上り動作におけるパルス駆動の際の結合容量に伴う電圧上昇により、位置情報検出期間TPD11において、正の位置情報出力電圧VP11がセンスラインLPD上において検出される。
同様に、時刻t4・t5間においては、ゲートライン駆動電圧VGW1の立下り動作におけるパルス駆動の際の結合容量に伴う電圧低下により、位置情報検出期間TPD12において、負の位置情報出力電圧VP12がセンスラインLPD上において検出される。
位置情報検出期間TPD11・TPD12においては、検出用スイッチST1はオン状態に設定され、検出用スイッチST4はオン状態もしくはオフ状態に設定可能である。検出用スイッチST1・ST4を共にオン状態とした場合には、同一のゲートラインGW1に接続される2画素C11・C21に対応した座標検出が可能となる。一方、検出用スイッチST1をオン状態、検出用スイッチST4をオフ状態とした場合には、同一のゲートラインGW1に接続される1画素C11に対応した座標検出が可能となる。
ハイレベル切替スイッチST2・ST5はオン状態もしくはオフ状態に設定可能であり、ローレベル切替スイッチST3・ST6もオン状態もしくはオフ状態に設定可能であり、ハイサイドスイッチST7・ローサイドスイッチST8もオン状態もしくはオフ状態に設定可能である。すなわち、ソースドライバ10とタッチパネル兼用LCDパネル100を接続したままとするか切り離すか、或いはHAMP141・LAMP152を接続したままとするか切り離すかは、設定次第である。
(b)次に、時刻t5・t6間のチャージシェア期間TCSにおいては、検出用スイッチST1・ST4は共にオフ状態にあり、ハイサイドスイッチST7・ローサイドスイッチST8も共にオフ状態にあり、ハイレベル切替スイッチST2・ST5・ローレベル切替スイッチST3・ST6はすべてオン状態にある。時刻t5・t6間のチャージシェア期間TCSにおいては、ハイインピーダンスHiZ状態にあり、HAMP・LAMPがオン中の低インピーダンスに対して、HAMP・LAMP出力が絶たれた高インピーダンス状態にある。この区間はチャージシェアを実行しており、これはHAMP・LAMP出力をHiZで切り離した状態でハイレベル切替スイッチST2・ST5・ローレベル切替スイッチST3・ST6をオンさせることで、選択した画素C11、C21を短絡することができ、両画素C11、C21にたまった電荷を平均化することができる。この例の場合、チャージシェア直前の各々の電圧は、VH1とVL1であるため、このVH1とVL1に対応する電荷についてチャージシェア期間TCSでショートすることで各々が半分の値(VH1+VL1)/2となり、ドライブ振幅を半減できるため、ソースドライバの動作の省電力化を図ることができる。
(c)次に、時刻t6・t7間および時刻t8・t9間の第2ソースドライブ期間TSD21・TSD22間においては、検出用スイッチST1・ST4はオフ状態、ハイレベル切替スイッチST2・ST5はオフ状態、ローレベル切替スイッチST3・ST6はオン状態、ハイサイドスイッチST7・ローサイドスイッチST8はオン状態にある。このため、時刻t6・t7間において、HAMP141の出力電圧VHAMPは、例えば、VMからVH2まで上昇し、LAMP152の出力電圧VLAMPは、例えば、VMからVL2まで下降する。これに対応して、時刻t6・t7間において、ソースライン駆動電圧VSW1の動作波形は、VMからVH2まで上昇し、ソースライン駆動電圧VSW2の動作波形は、VMからVL2まで下降する。時刻t6・t10間の時刻t71・t91間において、ゲートライン駆動電圧VGW2はハイレベルとなる。
時刻t7・t8間においては、ゲートライン駆動電圧VGW2の立上り動作におけるパルス駆動の際の結合容量に伴う電圧上昇により、位置情報検出期間TPD21において、正の位置情報出力電圧VP21がセンスラインLPD上において検出される。
同様に、時刻t9・t10間においては、ゲートライン駆動電圧VGW2の立下り動作におけるパルス駆動の際の結合容量に伴う電圧低下により、位置情報検出期間TPD22において、負の位置情報出力電圧VP22がセンスラインLPD上において検出される。
位置情報検出期間TPD11・TPD12においては、検出用スイッチST1はオン状態に設定され、検出用スイッチST4はオン状態もしくはオフ状態に設定可能である。検出用スイッチST1・ST4を共にオン状態とした場合には、同一のゲートラインGW2に接続される2画素C12・C22に対応した座標検出が可能となる。一方、検出用スイッチST1をオン状態、検出用スイッチST4をオフ状態とした場合には、同一のゲートラインGW2に接続される1画素C12に対応した座標検出が可能となる。
ハイレベル切替スイッチST2・ST5はオン状態もしくはオフ状態に設定可能であり、ローレベル切替スイッチST3・ST6もオン状態もしくはオフ状態に設定可能であり、ハイサイドスイッチST7・ローサイドスイッチST8もオン状態もしくはオフ状態に設定可能である。すなわち、ソースドライバ10とタッチパネル兼用LCDパネル100を接続したままとするか切り離すか、或いはHAMP141・LAMP152を接続したままとするか切り離すかは、設定次第である。
(d)次に、時刻t10・t11間のチャージシェア期間TCSにおいては、検出用スイッチST1・ST4は共にオフ状態にあり、ハイサイドスイッチST7・ローサイドスイッチST8も共にオフ状態にあり、ハイレベル切替スイッチST2・ST5・ローレベル切替スイッチST3・ST6はすべてオン状態にある。時刻t10・t11間のチャージシェア期間TCSにおいては、ハイインピーダンスHiZ状態にあり、HAMP・LAMPがオン中の低インピーダンスに対して、HAMP・LAMP出力が絶たれた高インピーダンス状態にある。この区間はチャージシェアを実行しており、これはHAMP・LAMP出力をHiZで切り離した状態でハイレベル切替スイッチST2・ST5・ローレベル切替スイッチST3・ST6をオンさせることで、選択した画素C12、C22を短絡することができ、両画素C12、C22にたまった電荷を平均化することができる。この例の場合、チャージシェア直前の各々の電圧は、VH2とVL2であるため、このVH2とVLに対応する電荷についてチャージシェア期間TCSでショートすることで各々が半分の値(VH2+VL2)/2となり、ドライブ振幅を半減できるため、ソースドライバの動作の省電力化を図ることができる。
実施の形態に係る座標検出装置1において、共通電極50の共通電位VCOMのγ諧調特性例は、図13に示すように表わされる。例えば、共通電位VCOMは、0V〜5Vの範囲において、28=256レベルの諧調を有する。また10V〜5Vの範囲においても28=256レベルの諧調を有する。実施の形態に係る座標検出装置1において、共通電極50の共通電位VCOMのγ諧調特性例は、諧調レベルを選択することによって、適宜変更可能である。
実施の形態によれば、TFT−LCDにおいて、LCDカバーガラスへの接触で増減するTFT用ゲート・ソース間結合容量変化を検出することで、LCDの接触箇所の座標検出を可能とした座標検出装置を提供することができる。
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態に係る座標検出装置について記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
このように、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
本実施の形態に係る座標検出装置は、液晶表示装置、ソースドライバ、LEDドライバ、VCOMドライバ、タイミングコントローラ、座標検出装置などの電子機器に適用可能であり、さらに、フレキシブルエレクトロニクス分野、透明エレクトロニクス分野など幅広い応用分野に適用可能である。
1…座標検出装置
10…ソースドライバ
121、122、123、124…DA変換器(DAC)
141、143…ハイサイドアンプ(HAMP)
152、154…ローサイドアンプ(LAMP)
20…ゲートドライバ
221、222、223、…、22m…ゲートラインドライバ
30…座標検出器
32…AD変換器
34…積分器
40…コントローラ
50…共通電極
60…下面ガラス基板
70…上面ガラス基板(LCDカバーガラス基板)
80…指(若しくはスタイラス)
100…タッチパネル兼用LCDパネル
C…結合容量
GS…ゲート・ソース間容量
11、C12、C1m、…、Cn1、Cn2、Cnm…TFTセル
SW1、SW2、…、SWn…ソースライン
GW1、GW2、…、GWm…ゲートライン
HAMP…HAMPの出力電圧
LAMP…LAMPの出力電圧
SW1、VSW2、…、VSWn…ソースライン駆動電圧
GW1、VGW2、…、VGWm…ゲートライン駆動電圧
COM…共通電位
PD…センスライン
PD…位置情報出力電圧
PD…位置情報データ
SD…ソース駆動信号
GD…ゲート駆動信号
ST1、ST7…検出用スイッチ
ST2、ST5…ハイレベル切替スイッチ
ST3、ST6…ローレベル切替スイッチ
ST7…ハイサイドスイッチ
ST8…ローサイドスイッチ

Claims (12)

  1. 複数のゲートラインと、前記複数のゲートラインに直交する複数のソースラインと、前記複数のゲートラインと前記複数のソースラインとの交差部に配置され、ソースが前記ソースラインに接続され、ゲートが前記ゲートラインに接続された薄膜トランジスタセルとを有するタッチパネル兼用液晶表示パネルと、
    前記複数のソースラインを駆動するソースドライバと、
    前記複数のゲートラインを駆動するゲートドライバと、
    前記ソースドライバに接続され、前記タッチパネル兼用液晶表示パネルへの接触による前記薄膜トランジスタセルのゲート・ソース間結合容量変化を前記ゲートドライバによる前記ゲートラインの駆動の立上り時に検出する座標検出器と、
    前記座標検出器に接続され、前記ソースドライバおよび前記ゲートドライバのタイミング制御を行うコントローラと
    を備えることを特徴とする座標検出装置。
  2. 前記座標検出器は、前記ゲート・ソース間結合容量変化を前記ゲートドライバによる前記ゲートラインの駆動の立下り時にも検出することを特徴とする請求項1に記載の座標検出装置。
  3. 複数のゲートラインと、前記複数のゲートラインに直交する複数のソースラインと、前記複数のゲートラインと前記複数のソースラインとの交差部に配置され、ソースが前記ソースラインに接続され、ゲートが前記ゲートラインに接続された薄膜トランジスタセルとを有するタッチパネル兼用液晶表示パネルと、
    前記複数のソースラインを駆動するソースドライバと、
    前記複数のゲートラインを駆動するゲートドライバと、
    前記ソースドライバに接続され、前記タッチパネル兼用液晶表示パネルへの接触による前記薄膜トランジスタセルのゲート・ソース間結合容量変化を前記ゲートドライバによる前記ゲートラインの駆動の立下り時に検出する座標検出器と、
    前記座標検出器に接続され、前記ソースドライバおよび前記ゲートドライバのタイミング制御を行うコントローラと
    を備えることを特徴とする座標検出装置。
  4. 前記薄膜トランジスタセルのドレインは、共通電位に接続されたことを特徴とする請求項1〜3に記載の座標検出装置。
  5. 前記コントローラは、前記座標検出器において検出された位置情報データを受信し出力することを特徴とする請求項1〜4に記載の座標検出装置。
  6. 前記ソースドライバは、前記複数のソースラインにソースライン駆動電圧を供給することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の座標検出装置。
  7. 前記ゲートドライバは、前記複数のゲートラインにゲートライン駆動電圧を供給することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の座標検出装置。
  8. 前記座標検出器は、
    前記複数のソースラインに接続される積分器と、
    前記積分器に接続されるAD変換器と
    を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の座標検出装置。
  9. 前記タッチパネル兼用液晶表示パネルは、
    下面ガラス基板と、
    前記下面ガラス基板上に配置された薄膜トランジスタセルと、
    前記下面ガラス基板に対向して配置された共通電極と、
    前記共通電極上に配置されたLCDカバーガラス基板と
    を備え、
    前記座標検出器は、前記LCDカバーガラス基板への接触で増減する前記ゲート・ソース間結合容量変化を検出することで、前記タッチパネル兼用液晶表示パネルの接触箇所の座標検出を可能としたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の座標検出装置。
  10. 前記複数のソースラインと接続される検出用スイッチと、
    前記検出用スイッチを介して前記複数のソースラインと共通接続されるセンスラインと
    を備え、前記積分器は、前記センスラインに接続されることを特徴とする請求項8に記載の座標検出装置。
  11. 前記ソースドライバは、
    前記複数のソースラインに接続される複数のハイサイドスイッチと、
    前記複数のソースラインに接続される複数のローサイドスイッチと、
    前記複数のソースラインに前記複数のハイサイドスイッチを介して接続される複数のハイサイドアンプと、
    前記複数のソースラインに前記複数のローサイドスイッチを介して接続される複数のローサイドアンプと
    を備えることを特徴とする請求項1〜10いずれか1項に記載の座標検出装置。
  12. 前記ソースドライバは、
    前記複数のハイサイドスイッチと前記タッチパネル兼用液晶表示パネルとの間に配置され、前記複数のハイサイドアンプを奇数番のソースラインに接続するための第1ハイレベル切替スイッチおよび偶数番のソースラインに接続するための第2ハイレベル切替スイッチと、
    前記複数のローサイドスイッチと前記タッチパネル兼用液晶表示パネルとの間に配置され、前記複数のローサイドアンプを奇数番のソースラインに接続するための第1ローレベル切替スイッチおよび偶数番のソースラインに接続するための第2ローレベル切替スイッチと
    を備えることを特徴とする請求項11に記載の座標検出装置。
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